【正文】 用單片機(jī)測出該方波的占空比，并最終換算出電壓。其優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行功能仿真，而且FPGA和CPLD的片內(nèi)資源豐富，設(shè)計(jì)的流程簡單，缺點(diǎn)是開發(fā)成本高。、（3） 采用新的算法來改進(jìn)相差測量（4） 采用高精度相位測量設(shè)備，通過相位輸出信號(hào)，利用橋路與輸入信號(hào)相位進(jìn)行比較，從而測出相位差。目前，國內(nèi)外提出了許多改進(jìn)的高精確度的相位差測量方法，主要包括有：（1） 采用專用的數(shù)字處理芯片，利用正余弦表格及快速傅立葉變換方法來計(jì)算相位差，可大大提高測量精度。現(xiàn)代相位測量技術(shù)的可分為三個(gè)階段第一階段是在早期采用的如李妙育法、阻抗法、和差法、三電壓法等，這些測量方法通常采用對比法和平衡法，雖然方法簡單，但測量精度較低；第二階段是利用數(shù)字專用電路、微處理器等來構(gòu)成測試系統(tǒng)，使測量精度得以大大提高；第三階段是充分利用計(jì)算機(jī)及智能化測量技術(shù)，從而大大簡化程序設(shè)計(jì)，增強(qiáng)功能，使得響應(yīng)的產(chǎn)品精度高、功能更全。 相位差測量的研究現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相位測量技術(shù)的發(fā)展也非常迅速，尤其在電氣、電力電子技術(shù)方面得到了極大的重視和發(fā)展。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，由數(shù)字電路組成的控制系統(tǒng)已經(jīng)變成現(xiàn)代檢測技術(shù)的主流，人們對數(shù)字測量系統(tǒng)也越來越重視。在實(shí)際工作中，通常需要測量兩個(gè)同頻信號(hào)的相位差來解決實(shí)際問題。相位差測量與傳統(tǒng)電壓、電流信號(hào)、溫度量測量不同。關(guān)鍵詞：最小二乘法，快速傅里葉變換The lowfrequency digital phase detector based on leastsquare method researchAbstract: the phase difference detection method in mon is the zero passage method and through external hardware circuit of zero point of sine signal detection, produce the pulse signal of the external interrupt of MCU by MCU timer to calculate the frequency and phase difference of signals.Sine signal in real life, however, especially the alternating current power grid provided, there will be more or less distortion, if alternating current (ac) in a zero distortion is extremely serious, is likely to lead to detect the zero or detect more than zero, and the test method of external hardware circuit is more plex, high cost. So, in this paper, the least square method because of its low cost, wide use, high reliability and is widely used. The main method is, in a single cycle of two signals 2 n sampling points,After the discretization of the signal multiplied by fast Fourier change into the dc signal, finally the phase difference of two sine signals is calculated.Keywords: least squares method, fast Fourier transform第一章 緒論 測量相位差的作用和意義信號(hào)的相位差測量在電力系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、功率因素測量、諧波分析等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。所以，本文提出的最小二乘法因其成本低，使用范圍廣，可靠性高而被廣泛應(yīng)用。 數(shù)字相差檢測儀的制作 專 業(yè)： 電氣 班 級： XX班 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXXX 學(xué)生姓名： XXX 指導(dǎo)教師： XX 目錄摘要： 1Abstract: 1第一章 緒論 2 測量相位差的作用和意義 2 相位差測量的研究現(xiàn)狀 2 4第一章：最小二乘法以及快速傅里葉變換簡介 5：最小二乘法簡介 5 主程序流程圖 8 9 FFT算法的實(shí)現(xiàn) 10 AD采樣的使用 11 定時(shí)器的使用 12第三章：硬件電路設(shè)計(jì) 13 移相電路的設(shè)計(jì) 13 電壓跟隨器模塊 14 電源電路 16 變壓器簡介 16 單相全橋整流電路 16結(jié)論 17致謝 18參考文獻(xiàn)（Reference) 19附錄： 20基于最小二乘法的低頻數(shù)字相位差檢測儀的研究摘要：常見的相位差檢測方法一般是過零法，通過外部硬件電路對正弦信號(hào)的零點(diǎn)進(jìn)行檢測，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)出發(fā)MCU的外部中斷，通過MCU的定時(shí)器計(jì)算出信號(hào)的頻率以及相位差。但是，現(xiàn)實(shí)生活中的正弦信號(hào)，特別是電網(wǎng)提供的交流電，或多或少都會(huì)有失真，如果交流電在過零點(diǎn)處失真特別嚴(yán)重，就可能會(huì)導(dǎo)致檢測不出零點(diǎn)或者檢測出多個(gè)零點(diǎn)，并且這種檢測方法外部硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。主要方法是，在單周期內(nèi)對兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行2N點(diǎn)的采樣，把離散化后的信號(hào)相乘，通過快速傅里葉變化分解出其中的直流信號(hào)，最終計(jì)算得到兩個(gè)正弦信號(hào)的相位差。相位差是工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常需要測量的一個(gè)參數(shù)，它是信號(hào)分析的基本任務(wù)，在實(shí)際工作中，經(jīng)常需要測量兩個(gè)同頻信號(hào)之間的相位差，來解決實(shí)踐中的各種問題。首先，相位差依附于電壓、電流信號(hào)中，如何消除電壓、電流、頻率變化對相差測量的影響是相差測量中很重要的一個(gè)方面；其次，相差是一個(gè)比較量，測量兩路信號(hào)之間的相差不但需要保證兩路信號(hào)的頻率相同，而且需要排除信號(hào)幅值不同等其他因素造成的影響，所以如何準(zhǔn)確可靠得測量相差是一個(gè)值得研究的課題。例如電網(wǎng)合閘時(shí)，需要保證兩電網(wǎng)電信號(hào)的相位相同，這時(shí)需要精確測量兩工頻信號(hào)之間的相位差，如果兩信號(hào)之間的相差不相同，就會(huì)有很大的沖擊電流流過電網(wǎng)，會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的破壞，所以必須精確測量出兩信號(hào)之間的相位差。相差的數(shù)字測量采用液晶屏顯示，精度高，穩(wěn)定性好，讀數(shù)方便，所以，相位差的數(shù)字化測量有應(yīng)用前景很廣泛。目前，相位測量技術(shù)已比較完善，測量方法及理論也比較成熟，相位測量儀已商品化和系列化，廣泛應(yīng)用于測量RC、LC網(wǎng)絡(luò)、放大器相頻特性以及依靠信號(hào)相位傳遞信息等方面的電子設(shè)備。同時(shí)，各種新的算法、測量手段和新的設(shè)計(jì)方法及器件也隨之出現(xiàn)。（2） 采用新器件及設(shè)計(jì)方法來提高相差測量精度及展寬頻帶?；诓煌⑻幚硇酒惨验_發(fā)了許多不同的相位計(jì)，常見的有以下幾種：（1） 基于FPGA/CPLD的相差測量。（2） 基于單片機(jī)控制的相位差測量設(shè)備。（3） 基于DSP技術(shù)的相位計(jì)。（4） 基于PLD和PLL的相位計(jì)。在相位/頻率測量技術(shù)領(lǐng)域，美國一直處于遙遙領(lǐng)先的地位，主要的公司有Agilent（安捷倫）、Tektronix（泰克）、AD－YU公司、DRANETZ實(shí)驗(yàn)室。國外的主要產(chǎn)品有美國安捷倫構(gòu)思的53131IA型通用計(jì)數(shù)器，該產(chǎn)品提供10秒/位的頻率/周期分辨率和225MHz帶寬，測量結(jié)果范圍是1ns－10000s，時(shí)間分辨率為500ps，測相范圍為180176。標(biāo)準(zhǔn)測量包括相位、頻率、周期、時(shí)間間隔和上升/下降時(shí)間等。－180176。高頻精度為177。該產(chǎn)品被公認(rèn)為是目前等級最高的相位計(jì)，輸入信號(hào)幅值得范圍為1mV－350V。國內(nèi)相位計(jì)領(lǐng)域起步較晚，相位測量技術(shù)的研究開始于70年代，早期研究相位測量的單位和技術(shù)人員很少，國內(nèi)主要有天津中環(huán)電子生產(chǎn)商品化相位計(jì)，相位計(jì)量機(jī)構(gòu)是中國計(jì)量科學(xué)研究院和國防科工委，產(chǎn)品主要測量工頻信號(hào)。－360176。測量功能與Agilent 53131A型計(jì)數(shù)器基本相同，但測量指標(biāo)略低?？傮w來說，我國相位測量技術(shù)與國外相比還有較大的差距，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品種類少，配套產(chǎn)品少、產(chǎn)品測試功能單一、儀器精度、數(shù)字化和自動(dòng)化程度較低，相位計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不完備。當(dāng)需要測量大功率，高壓信號(hào)之間的相位差時(shí)，通常需要通過放大器或者變壓器先將大功率、高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成小功率、低壓信號(hào)才能輸入到檢測設(shè)備進(jìn)行相位差進(jìn)行測量。受到器件的非線性、環(huán)境因素的影響，變換后的信信號(hào)總會(huì)出現(xiàn)或大或小的失真，在信號(hào)過零點(diǎn)出現(xiàn)震蕩。這就需要有一種新的方法來進(jìn)行相位差測量。通過對兩路信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)的采樣，在將采樣后的兩路信號(hào)相乘，通過快速傅立葉變換算法計(jì)算出相乘后的信號(hào)中的直流分量的大小。應(yīng)用這種測量方法，不僅提高了測量精度，節(jié)省了硬件成本，而且可以允許變換后的輸入信號(hào)有一定程度的失真。：傅里葉級數(shù)簡介對于任意滿足狄里赫利收斂條件（即周期函數(shù)的極值點(diǎn)數(shù)目為有限個(gè)，間斷點(diǎn)的數(shù)目為有限個(gè)，且在一個(gè)周期內(nèi)絕對可積）的周期函數(shù)，必定可以展開成一個(gè)收斂的傅里葉級數(shù)，其形、式為： 利用定積分換元可得 再對該積分離散化得 也就是說，每計(jì)算一次諧波大小，需要進(jìn)行N次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算和N1次復(fù)數(shù)加法運(yùn)算，那么，計(jì)算N次諧波的大小則需要N2次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算和N*（N1)次復(fù)數(shù)加法運(yùn)算，如果采樣點(diǎn)數(shù)非常密集，運(yùn)算需要大量的時(shí)間，對于一些實(shí)時(shí)性要求比較的高的場合，顯然是不能滿足其要求的。早期時(shí)應(yīng)用比較廣泛的是基二的快速傅里葉變換，后來，因?yàn)閼?yīng)用場合的要求，又相繼提出了基四和基八的快速傅里葉變換算法，在此，主要介紹基二的快速傅里葉變換。由公式可知，對于兩點(diǎn)的DFT變換 我們把這樣一個(gè)兩點(diǎn)的DFT運(yùn)算稱為蝶形變換，一個(gè)蝶形變換需要消耗4次復(fù)數(shù)乘法和2次復(fù)數(shù)加減。所以，一個(gè)N點(diǎn)的離散傅里葉變換化簡成基2的快速傅里葉變換后就是*個(gè)蝶形結(jié)的計(jì)算，最終也就是2*N*次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算和N*次復(fù)數(shù)加減法運(yùn)算。而FFT算法僅消耗20480次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算和10240次復(fù)數(shù)加減法運(yùn)算，因此，運(yùn)算速度得到很大的提高。第二章：軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖對AD采樣信號(hào)進(jìn)行冒泡排序，計(jì)算正弦信號(hào)幅值及被抬高的電壓值并對信號(hào)還原對兩路信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算AD,定時(shí)器，12864初始化AD采樣完成了？ 開始雷德算法對信號(hào)序列進(jìn)行位倒序FFT算法分解出直流分量根據(jù)直流分量大小計(jì)算出相位差 送屏幕顯